Hydroaminace

Hydroaminace je organická reakce, při níž dochází k adici vazby N-H v molekule aminu na násobnou vazbu mezi uhlíkovými atomy.^[1]

Hydroaminace může probíhat jako vnitromolekulární reakce (přitom vznikají heterocyklické sloučeniny) nebo mezimolekulárně (pak vznikne amin a nenasycená sloučenina). Stále se vyvíjejí nové katalyzátory hydroaminace, a to obzvláště v případě hydroaminace alkenů.

Historie

Hydroaminace je proveřená metoda výroby vůní z myrcenu. Při této reakci se diethylamin aduje na dienový substituent a katalyzátorem je diethylamid lithný.^[2]

Roku 1989 popsal americký chemik Tobin Jay Marks vnitromolekulární hydroaminační reakce probíhající za přítomnosti odvozených od vnitřně přechodných kovů jako jsou lanthan, lutecium a samarium. Rychlosti reakcí se s rostoucími iontovými poloměry kovů snižovaly, což bylo patrně způsobeno sterickými jevy vytvářenými ligandy.^[3] V roce 1992 Marks vyvinul první chirální katalyzátory hydroaminace, což umožnilo provádět stereoselektivní hydroaminační reakce.^[4] První katalyzátor, který nebyl metalocenem, se objevil roku 2003; jeho součástí byly bisarylamidové a aminofenolové ligandy, což vedlo ke zvýšení enantioselektivity.^[5]

Reaktanty a produkty

Hydroaminace byla vyzkoušena u mnoha různých aminů, primárních, sekundárních, cyklických, acyklických i anilinů, s rozdíknými sterickými a elektronovými vlivy; nenasycených substrátů (alkenů, alkynů a dienů) a také s několika rozdílnými katalyzátory. Také byly zkoumány vnitromolekulární hydroaminace několika různých aminoalkenů.^[6]

Adice na nenasycenou vazbu uhlík-uhlík může, v závislosti na použitém katalyzátoru, proběhnout podle Markovnikovova pravidla i v rozporu s ním.^[7] S ohledem na R/S chiralitu mohou vzniknout čtyři různé produkty: Markovnikovův produkt s R nebo S a neMarkovnikovův s R nebo S. I když byly popsány hydroaminace katalyzované mnoha různými kovy, tak je k selektivní syntéze jediného z těchto produktů možné použít jen menší část z nich. Byla popsána možnost připravit termodynamický nebo kinetický produkt.

Katalyzátory

Hydroaminaci může katalyzovat mnoho různých komplexů kovů jako jsou alkalické kovy, například lithium,^[6] kovy 2. skupiny, jako je vápník,^[8] či kovy 3. skupiny jako hliník,^[9] indium^[10] a bismut.^[11] Byly také podrobně zkoumány možnosti využití katalyzátorů založených na přechodných kovech a lanthanoidech. Potenciální využití v této oblasti mají také zeolity.^[6]

Mechanismus

Mechanismus hydroaminací katalyzovaných kovy je dobře znám.^[12] Obzvlášť podrobně byla zkoumána vnitromolekulární hydroaminace alkenů katalyzovaná organickými sloučeninami lanthanoidů.^[13]

Na začátku je katalyzátor aktivován výměnou amidové skupiny, čímž se vytváří aktivní katalyzátor (i). Následně se alken naváže na vazbu La-N (ii).^[14] Nakonec dojde k protonolýze a tím ke vzniku cyklického produktu i regeneraci katalyzátoru (iii). I když byl tento mechanismus navržen pro katalyzátory obsahující lanthanoidy, tak velmi podobně funguje i u katalyzátorů založených na aktinoidech nebo alkalických kovech.

U katalyzátorů obsahujících přechodné kovy existuje několik modelů; první z nich spočívá v nukleofilním ataku alkenu nebo alkynu a jeho navázání na vazbu kov-amid.^[12] Uvedené mechanismy jsou v souladu se studiemi reakční kinetiky, zkoumáním reakcí pomocí isotopového značkování i zachycováním předpokládaných meziproduktů.

Termodynamika a kinetika

Hydroaminační reakce jsou termodynamicky přibližně neutrální, mají však vysokou aktivační energii, což je pravděpodobně způsobeno vzájemným odpuzováním substrátu bohatého na elektrony a nukleofilního aminu. Vnitromolekulární reakce také mívají výrazně zápornou změnu entropie, a tak za vyšších teplot neprobíhají.^[15][16] Z těchto důvodů jsou pro provádění těchto reakcí nutné katalyzátory.^[17][12] Vnitromolekulární hydroaminace probíhají rychleji než mezimolekulární.

Termodynamické a kinetické produkty

Většina katalyzátorů hydroaminačních reakcí má dostatečnou účinnost pouze za vyšších teplot, obvykle tak vznikají pouze termodynamické produkty. Kinetické produkty byly izolovány a identifikovány například při tvorbě allylaminů z allenů. Směs allenů a derivátů anilinu byla za teploty 80 °C zahřívána za přítomnosti katalyzátoru obsahujícího rhodium.^[18] V jiném případě byl použit katalyzátor obsahující palladium při pokojové teplotě s několika různými primárními i sekundárními, acyklickými i cyklickými aminy.^[19] Oba tyto způspby provedení reakce mají vysokou výtěžnost; na násobnou vazbu lze následně připojovat další molekuly a vytvářet tak složitější sloučeniny.

Zásaditě katalyzované hydroaminace

Hydroaminace může být katalyzována silnými zásadami; příkladem je ethylace piperidinu pomocí ethenu:^[20]

U některých takových reakcí se reaktivita s rostoucím počtem uhlíkových atomů alkenu anižuje.

Katalýza komplexy kovů 4. skupiny

Některé komplexy titanu a zirkonia mohou katalyzovat mezimolekulární hydroaminace alkenů a alkynů.^[17] Poměrně podrobně byly prozkoumány reakce katalyzované zirconocen-bis(amido)komplexy. Titanocenamido- a titanocensulfonamidokomplexy katalyzují vnitromolekulární [2+2] cykloadiční hydroaminace aminoalkenů za vzniku příslušných azametallacyklobutanů. Jejich následnou protonolýzou se vytváří α-vinyl-pyrrolidinové (1) nebo tetrahydropyridinové (2) produkty. Výsledky teoretických a experimentálních studií jsou v souladu s navrhovanou tvorbou iminového meziproduktu.

Formální hydroaminace

Adice vodíku a aminové skupiny (NR₂) za použití jiného činidla než aminu (HNR₂) se označuje pojmem „formální hydroaminace“. I když tak nejsou k dispzici výhody například v podobě snadného zdroje dusíku, tak mohou být, díky lepším termodynamickým vlastnostem i možnostem použít velké množství aminačních činidel, také užitečné. Místo aminů se používají estery hydroxylaminu^[21] a nitroareny.^[22]

Využití

Hydroaminační reakce mají řadu využití díky využitelnosti aminů a šetrnosti k životnímu prostředí. Funkcionalizované allylaminy, které lze získat hydroaminací, mají mnoho možných použití ve farmaceutickém průmyslu. Hydroaminace lze použít k syntéze allylaminu cinnarizinu s vysokou výtěžností. Cinnarizinem je možné léčit závratě i kinetózu.^[23]

Hydroaminaci je též možné použít k přípravě alkaloidů., příkladem je totální syntéza (-)-epimyrtinu.^[24]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Hydroamination na anglické Wikipedii.